太阳能烧多久，为什么？
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发布时间：2022-04-20 22:03
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时间：2023-07-02 16:44
地球之所以能够像现在这样充满生机，最重要的原因就是，有太阳这个“大火球”在不断地向地球输送光和热。这也就意味着，假如有一天太阳停止燃烧，那么地球将很快转变成一颗死寂的冰冻星球，但好消息是，我们不必为此担心，因为太阳能燃烧100亿年。
虽然太阳已经燃烧了大约50亿年，但留给我们的时间还有很多，所以我们完全可以花一点时间来了解一下有关太阳的知识，首先来看看太阳的燃料是什么。
太阳的燃料就是宇宙中最简单，也是最多的元素——氢，在太阳的内部，氢原子核不断地发生核聚变反应，同时因为损失质量而释放出能量，而太阳的光和热就是来自于此。
观测数据显示，太阳主要由氢和氦这两种元素构成，而其中氢就占了太阳质量的71%左右，也就是说，太阳其实就是一大堆燃料聚积而成，按照一般的思路来讲，这么多燃料堆在一起，应该很快就烧完才对，但很显然，这种事情并没有发生。
所以问题就来了，为何太阳能燃烧100亿年，而不会瞬间燃尽？对于这个问题，假如太阳能说话，它一定会对你说：你知道我的核聚变有多难吗？
通常我们都会认为，太阳的核聚变就是4个氢原子核“Duang”的一下就聚变成一个氦原子核，但实际情况却要复杂一些。
氢原子核其实就是质子，它们在太阳核心的反应过程是这样的：首先是两个质子结合在一起，然后形成氘（氘是氢的同位素，其原子核内包含一个质子和一个中子），接下来氘原子核又与另一个单独的氢原子核结合，然后形成氦-3（氦-3是氦的同位素，其原子核内包含两个质子和一个中子），最后才是两个氦-3原子核聚变成氦，同时释放出两个质子。
这一系列的核聚变反应被称为“质子-质子链反应”，需要注意的是，在其中最难的是第一步。
由于质子都带正电，因此在两个质子之间就存在着库伦斥力，而在第一步里，并没有中子存在，这无疑使得两个质子的结合更是难上加难。但这并不是没办法解决，正所谓“天下武功，唯快不破”，只要速度够了，质子间的库伦斥力也就不是问题了。
由于温度就是指微观粒子热运动的剧烈程度，因此我们可以认为，只有温度够了，两个质子就可以撞在一起。尴尬的是，理论上来讲这个温度应该是上亿摄氏度，而太阳核心的温度却只有1500万摄氏度，远远达不到这个标准。
由此可见，从理论上来讲，太阳核心是不可能发生核聚变的，但我们都知道事实并非如此，这是怎么回事呢？其实这个问题在过去困扰了科学家们很长一段时间，直到他们发现了微观世界里的“穿墙术”——“量子隧穿”。
简单地讲，“量子隧穿”允许质子在能量不足的情况下，直接穿过由库伦斥力形成的屏障，然后撞在一起，这就帮助太阳解决了温度不足的难题，美中不足的是，发生“量子隧穿”的概率非常低。
但这还没完，当两个质子撞在一起之后，就形成了双质子（氦-2原子核），在这种情况下，其中的一个必须要在很短的时间内发生β衰变，从质子转变成中子，这样才能形成氘原子核，否则的话，双质子很快就会衰变成两个单独的质子。
科学家曾经利用粒子加速器做过质子碰撞的实验，实验结果表明，两个撞在一起的质子，有超过99.99的概率在1纳秒之内衰变成两个单独的质子。这就意味着，在太阳的内部，就算是两个质子通过概率极低的“量子隧穿”成功地撞在一起，它们也只有不超过10万分之一的概率会形成氘原子核。
本来发生“量子隧穿”的概率就已经很低了，再加上这一出，我们完全可以想象这一定会非常困难，具体有多难呢？科学家推测，在太阳核心，一个质子撞上另一个质子，然后再成功地形成一个氘原子核，通常需要数十亿年的时间。
由此可见太阳的核聚变有多难，但这也难不倒太阳，因为太阳实在是太大了。这就好比我们玩掷骰子，尽管掷出“三个一”的概率很小，但只要我们掷的次数够多，就肯定会掷出很多个“三个一”。
同样的道理，由于太阳拥有的质子数量超级庞大，因此即使概率非常低，在太阳核心仍然会不停地发生“两个质子聚变成氘原子核”这种事情。只不过由于概率极低，这些发生反应的物质总量相对于太阳而言微乎其微。
对于太阳来说，只要完成了“质子-质子链反应”的第一步，接下来的步骤就相对要简单得多了。由此我们也可以知道，由于极低概率的*，太阳核心总是只有极少的燃料在发生核聚变反应，而这也是“为什么太阳能燃烧100亿年，而不会瞬间燃尽？”这个问题的答案。
值得一提的是，在浩瀚的宇宙中，太阳并不是一个另类，事实上，在宇宙中所有恒星的内部，都有与太阳一样的机制，而这也是它们能够长时间在夜空中闪耀的原因。
